Зміст
- Що таке стрес і напруга?
- Різниця між пружною і пластичною деформацією
- Використання формули модуля пружності
- Модуль пружності від кривої напруги та напруги
Якщо ви штовхаєте кінці гумового стрижня назустріч один одному, ви застосовуєте a стиснення сили і може скоротити стрижень на деяку кількість. Якщо відтягнути кінці один від одного, викликається сила напруга, і ви можете розтягнути стрижень по довжині. Якщо ви підтягуєте один кінець до себе, а другий кінець від вас, використовуючи те, що називається a стригти сили, стрижень розтягується по діагоналі.
Модуль пружності (Е) є мірою жорсткості матеріалу при стисненні або натягу, хоча існує також еквівалентний модуль зсуву. Це властивість матеріалу і не залежить від форми або розміру предмета.
Невеликий шматок гуми має такий же модуль пружності, як і великий шматок гуми. Модуль пружності, також відомий як модуль Юнга, названий на честь британського вченого Томаса Янга, пов'язує силу стискання або розтягування предмета з отриманою зміною довжини.
Що таке стрес і напруга?
Стрес (σ) - стиснення або напруження на одиницю площі і визначається як: σ = Ж / А. Тут F - сила, а A - площа поперечного перерізу, де застосовується сила. У метричній системі напруження зазвичай виражається в одиницях паскалей (Па), ньютонів на квадратний метр (Н / м2) або ньютонів на квадратний міліметр (Н / мм)2).
Коли стрес накладається на предмет, називається зміна форми напружувати. У відповідь на стиснення або напругу, нормальне напруження (ε) задається пропорцією: ε = Δ_L_ / L. У цьому випадку Δ_L_ - це зміна довжини і L - початкова довжина. Нормальне напруження, або просто напружувати, є безрозмірним.
Різниця між пружною і пластичною деформацією
Поки деформація не надто велика, такий матеріал, як каучук, може розтягуватися, а потім повертатись до початкової форми та розміру, коли сила знімається; гума пережила еластичний деформація, що є оборотною зміною форми. Більшість матеріалів можуть витримати певну еластичну деформацію, хоча це може бути крихітним у жорсткому металі, як сталь.
Якщо напруга занадто велика, проте, матеріал зазнає пластикові деформація і назавжди змінити форму. Стрес може навіть збільшуватися до того моменту, коли матеріал ламається, наприклад, коли ви натягуєте гумку, поки вона не розірветься навпіл.
Використання формули модуля пружності
Модуль рівняння пружності використовується лише в умовах пружної деформації від стиснення або натягу. Модуль пружності - це просто напруження, поділене на деформацію: Е = σ / ε з одиницями паскалей (Па), ньютонів на квадратний метр (Н / м2) або ньютонів на квадратний міліметр (Н / мм)2). Для більшості матеріалів модуль пружності настільки великий, що він зазвичай виражається як мегапаскали (МПа) або гігапаскалі (ГПа).
Щоб перевірити міцність матеріалів, інструмент тягне на кінці зразка з більшою і більшою силою і вимірює результуючу зміну довжини, іноді до злому зразка. Площа поперечного перерізу зразка повинна бути визначена та відома, що дозволяє розрахувати напругу від прикладеної сили. Наприклад, дані випробування на м'яку сталь можуть бути побудовані як крива деформації напруги, яка потім може бути використана для визначення модуля пружності сталі.
Модуль пружності від кривої напруги та напруги
Еластична деформація виникає при малих деформаціях і пропорційна напрузі. На кривій напруги деформації така поведінка видно як пряма область для штамів менше приблизно 1 відсотка. Так 1 відсоток - межа пружності або межа оборотної деформації.
Для визначення модуля пружності сталі, наприклад, спочатку визначте область пружної деформації в кривій деформації напруги, яка, як ви бачите, стосується деформацій менше приблизно 1 відсотка, або ε = 0,01. Відповідна напруга на той момент є σ = 250 Н / мм2. Тому, використовуючи формулу модуля пружності, модуль пружності сталі є Е = σ / ε = 250 Н / мм2 / 0,01, або 25 000 Н / мм2.